(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
オペレータによって物体の上に手動で誘導される寸法測定デバイスを使用して、その後の点検作業のために十分な分解能で前記物体の寸法取得をするための方法であって、
a)前記測定デバイスを前記物体の領域の上に手動で誘導して、その寸法を取得するステップと、
b)前記寸法取得の前に前記オペレータによって設定された所定の基準に従って前記測定デバイスによって取得された前記領域の分解能が十分であるか又は不十分であるかを示す前記オペレータへの指示を、前記物体のコンピュータ援用設計（ＣＡＤ）モデル上に、提供するステップであって、
前記十分な分解能は前記その後の点検作業のために十分なデータを提供するとともに、前記不十分な分解能は前記その後の点検作業のために十分なデータを提供せず、
前記領域は、
マーキングによって前記ＣＡＤ上に示されたところであるデータが取得されていない領域と、
前記マーキングとは異なる第１のマーキングを使用することで前記ＣＡＤモデル上に示されるところである十分な分解能で取得された範囲と、
前記マーキングおよび前記第１のマーキングとは異なる第２のマーキングを使用することで前記ＣＡＤモデル上に示されるところである不十分な分解能で取得された範囲と、で提供されるステップと、
c)前記測定デバイスを、前記その後の点検作業のために不十分な分解能を示す前記取得した領域の上に再度誘導するステップと、
d)前記ＣＡＤモデル上の前記取得した領域の分解能の前記指示を更新するステップと、
e)前記点検作業のための十分な分解能が前記ＣＡＤモデル上に示されるまで、ステップc)およびd)を繰り返すステップと
を含み、
それにより、前記物体の前記寸法を、前記その後の点検作業のために十分な分解能で取得する方法。
【請求項２】
前記物体の前記CADモデルおよび取得した領域に関する分解能の指示が、表示手段を用いて表示される、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
以前に取得した領域に少なくとも一部重複する領域を前記測定デバイスが取得した後に、分解能の前記指示が更新される、請求項1または2に記載の方法。
【請求項４】
前記測定デバイスが手動操作測定デバイスである、請求項1から3のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記測定デバイスが、光学スキャナと、座標測定機すなわちCMMアームまたは光学CMMのどちらか一方を備える、請求項1から4のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
物体の上に誘導される手動寸法測定デバイスによって、その後の点検作業のために十分な分解能で前記物体の寸法取得をするための、コンピュータ読取可能媒体に記憶されたコンピュータプログラムであって、
a)前記物体の領域の上に誘導された前記測定デバイスから、前記物体の3次元データを受領するステップと、
b)前記寸法取得の前にオペレータによって設定された所定の基準に従って前記測定デバイスによって取得された前記領域の分解能が十分であるか又は不十分であるかを示す前記オペレータへの指示を、前記物体のコンピュータ援用設計（ＣＡＤ）モデル上に、提供するステップであって、
前記十分な分解能は前記その後の点検作業のために十分なデータを提供するとともに、前記不十分な分解能は前記その後の点検作業のために十分なデータを提供せず、
前記領域は、
マーキングによって前記ＣＡＤ上に示されたところであるデータが取得されていない領域と、
前記マーキングとは異なる第１のマーキングを使用することで前記ＣＡＤモデル上に示されるところである十分な分解能で取得された範囲と、
前記マーキングおよび前記第１のマーキングとは異なる第２のマーキングを使用することで前記ＣＡＤモデル上に示されるところである不十分な分解能で取得された範囲と、で提供されるステップと、
c)前記その後の点検作業のために不十分な分解能を指示する前記取得した領域について、前記測定デバイスから前記物体の追加の3次元データを受領するステップと、
d)前記ＣＡＤモデル上の前記取得した領域の分解能の前記指示を更新するステップと、
e)前記その後の点検作業のための十分な分解能が前記ＣＡＤモデル上に示されるまで、ステップc)およびd)を繰り返すステップと
をコンピュータに実行させるように構成されたコンピュータプログラム。
【請求項７】
寸法取得中に前記測定デバイスから前記物体の前記3次元データを受領し、前記取得した領域の分解能の前記更新された指示をもたらすように構成されたカバレージモジュールを有する、請求項6に記載のコンピュータプログラム。
【請求項８】
前記取得した領域の分解能の前記指示を、前記カバレージモジュールからCADモデルに供給するように構成されたフィードバックモジュールをさらに有する、請求項7に記載のコンピュータプログラム。
【請求項９】
十分な分解能をもつ取得した領域が、第1のマーキングを用いて前記CADモデル上に指示され、不十分な分解能をもつ取得した領域が、前記第1のマーキングとは異なる第2のマーキングを用いて前記CADモデル上にマークされる、請求項8に記載のコンピュータプログラム。
【請求項１０】
結果として得られるCADモデルを表示するための表示手段をさらに有する、請求項6から9のいずれかに記載のコンピュータプログラム。
【請求項１１】
前記その後の点検作業のための十分な分解能に至るまでの前記物体の寸法取得が、前記物体の取得した領域全てについていつ完了したかを指示するためのサブルーチンをさらに有する、請求項6から10のいずれかに記載のコンピュータプログラム。
【請求項１２】
前記フィードバックモジュールは、前記カバレージモジュールと同期または非同期に動作する、請求項6から11のいずれかに記載のコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リバースエンジニアリングまたは検査作業に必要な、物体の寸法取得の方法およびコンピュータプログラムに関するものである。本発明は、取得プロセス中に未熟練オペレータに取得の質の指示を提示するものである。物理的物体の検査は通常、物体の数値表現の取得とその数値表現の検査という、2つの異なる作業を含む。
【背景技術】
【０００２】
寸法取得(すなわち測定)では、物体の表面上の個々の点を捕捉することのできる1つまたは複数の寸法測定デバイスを使用する。そのような寸法測定デバイスは当技術分野で公知であり、例えば、レーザスキャナを装備した座標測定機アーム(CMMアーム)とすることができる。CMMアームは、例えば、Faro Tech Inc、Hexagon Metrology AB、またはMetrisによって製造されている。レーザスキャナは現在、例えば、Faro Tech Inc、Perceptron Inc、Kreon Technologies、およびMetrisによって製造されている。CMMアームは、レーザスキャナの6次元位置(すなわち場所および向き)を実現するために使用されるので、ローカライザと呼ばれることもある。例えばDEA、Mitutoyo、Wenzel、Zeiss、LKによって製造されている従来型の座標測定機(CMM)、または発光ダイオード(LED)もしくは光学マーカを用いる光学CMMなど、他の類のローカライザも存在する。光学CMMの例には、Metris K600、レーザトラッカ、レーザレーダがある。Creaform IncのHandyscan製品でのような、ローカライザとスキャナを組み合わせた装置も存在する。
【０００３】
レーザスキャナでは、レーザ平面が物体と交差し、その交点が、CCDカメラを使用したイメージャ装置によって捕捉される。イメージャ装置内では、交点が一連の2D点としてデジタル化され、ローカライザによって報告された位置が与えられると、それらの2D点が、取得されている物体の表面上にある点を表す3D点に変換される。
【０００４】
物体の表面上の点を取得するために、1度に1つの点を取得する触覚プローブ(ハードプローブまたは屈曲プローブ)、また表面の上でプローブが移動している間に点を連続して取得する走査プローブなど、他の寸法測定デバイスを使用することができる。物体の表面上の点を取得することのできる、構造光を投影するデバイスも存在する(例えばGOMシステム)。
【０００５】
コンピュータ断層撮影(CT)スキャナまたはロボットCMMアームも、物体の表面上の点を測定することのできる測定デバイスである。CTスキャナは、物体の内面上の点を測定することもできる。
【０００６】
結果として得られる取得物は、点群(1組の3D点)、またはステレオリソグラフィ(STL)メッシュ、サーフェス、もしくは単なる未処理の距離画像など、他の任意の代替表現を含む。CTスキャナの場合、取得の結果は、各ボクセルが物体の密度に関する情報を含む3Dボクセルデータとなりうる。
【０００７】
これらの測定デバイスは、手動デバイスと見なすことができ、すなわち、ユーザが物体の全域でデバイスを操作してデータを取得するように求められ、あるいは自動式と見なすことができ、すなわち測定デバイスが、人間の介入なしで、経路の定義に基づいて物体の上を自動的に通過してデータを取得する。
【０００８】
コンピュータ援用設計(CAD)モデルは、コンピュータにより生成される、製造したい物体の数値表現である。コンピュータ援用設計モデルは、寸法取得データを直接用いるのではなく、物体をソフトウェアCADアプリケーションの制約内で構築することからもたらされる。CADモデルは、1組の点(点群)、(STLメッシュなどの)1組のポリゴン、または1つもしくは複数のサーフェス(非一様有利Bスプライン(NURBS)、B-Rep、解析サーフェス)によって表現することができる。CADモデルは、実際の物体の製造プロセスにとって決定的に重要な追加情報を含むこともできる。そのような情報は、通常は製造公差であり、幾何学的寸法および公差(Geometric Dimensioning and Tolerancing)(GD&T) ASME Y14.5M-1994規格を用いて定義することができる。CADモデルは、エッジ、円、穴、溝、丸溝などのフィーチャの情報を含むこともできる。これらのフィーチャは、ポリライン、解析曲線、NURBS曲線などによって表現することができる。
【０００９】
検査作業中、物体の特定の特性を測定することができる。例えば、ユーザは、丸穴の直径または別の穴に対するその位置を検証したいと思うかもしれない。ユーザは、その穴の真円度を検証したいとも思うかもしれない。検査作業の別の例が、2つの表面間の厚さの検証である。ユーザは、表面の代表点間の距離を単に測定することもある。検査作業にCADモデルが利用できる場合、点群をCADモデル全体と比較することができ、すなわちCADモデルのフィーチャ(公称のフィーチャ)を、点群のフィーチャ(実際のフィーチャ)と比較することができる。
【００１０】
取得および検査のプロセスは、2つの異なるワークフローに従って実施することができる。第1のワークフローでは、取得作業と検査作業が切り離される。この場合、現場作業員は、幾何形状を捕捉するために、物体の表面上の点を単に取得するだけである。取得が完了すると、点群が検査のスペシャリスト、通常は熟練作業員に引き渡され、熟練作業員が検査作業を実施する。このワークフローにはいくつかの欠点がある。現場作業員は、取得プロセス中に手引きされないので、CADモデル全体をカバーしていない点群をもたらす可能性がある。また、不十分な精度または分解能の場合に、一部の領域を取得することができない。例えば、レーザスキャナを装備したCMMアームを用いることにより、現場作業員は、スキャナを正確な速度で移動させる責任を負う。現場作業員があまりにも速く移動させている場合、結果として得られる点群が過少にサンプリングされ、小さなフィーチャ(小さな穴、フィレット、エッジなど)を捉え損ねることになる。したがって、後続の検査中、一部の検査作業が可能ではなくなり、または信頼性のない結果をもたらすことになる。唯一の矯正措置は、現場に戻って追加測定を実施することであるが、それには時間がかかり、または物体がすでに移動させられている、すなわち別の場所に送られている場合には、それが不可能な場合さえある。この問題を回避するために、現場作業員は通常、物体を過剰にサンプリングする傾向があり、それはあまりにも多くの点が取得されることを意味する。結果として得られる点群は、冗長な情報を含んだ非常に大きなファイルになる。したがって、取得作業と検査作業がどちらも余分な時間を必要とし、巨大なファイルをもたらす。
【００１１】
第2の(代替)ワークフローでは、物体のある部分が取得され、取得が停止し、その部分に対して検査が実施されるという点で、取得作業と検査作業が連続して実施される。物体の検査が完了するまで、取得および検査を停止/開始するプロセスが繰り返される。この手順の一例では、ユーザはまず、物体上の特定のフィーチャ(例えば溝)に対応する点を測定し、次いで、測定した点を用いてそのフィーチャを生成するために、取得を停止するように求められる。こうしたフィーチャのいくつかを取得した後、ユーザは、取得を再度停止して、測定機の基準系に基づいて参照される物体の位置が、部品座標系で表現されるCADモデルの基準系に関連付けられる、位置合わせ作業に着手する必要がある。後続のステップ中、ユーザは、取得と検査のセッション間で停止しながら、その部品の完全な検査に必要な残りの点を取得するように手引きされる。オペレータが一連の取得作業および検査作業を通じて手引きされる、そのようなワークフローの一例が、例えば米国特許出願公開第2006/0274327号に記載されている。米国特許出願公開第2006/0274327号では、検査が成功していない場合には、オペレータに新規取得を自動的に要求することができる。
【００１２】
第2のワークフローは熟練作業員を要する。というのも、作業員は、取得プロセスと検査プロセスをどちらも理解する、すなわち点を十分な密度および精度で取得し、次いで、検査プロセスの一環としてフィーチャ検出、位置合わせ、公差などを実施する必要があるためである。例えば、一部のコンピュータプログラムを使えば、(作業員が測定システムをCADモデルとすでに位置合わせしていることを前提として)容易に点をCADモデルと連続して比較できるようになる。しかし、そうしたプログラムは、取得したものに関する情報はもたらすが、欠如しているものに関する情報、または取得したデータの質に関する情報はもたらさないため、誤った安心感を与えてしまう。
【００１３】
このワークフローでは、検査ソフトウェアおよび取得ソフトウェアが第1のワークフローのものと同一であり、したがって、ユーザは2つの複雑なソフトウェアアプリケーションを習得する必要があることから、複雑さが生まれている。さらに、ユーザは取得を停止し、取得と検査のソフトウェアアプリケーション間で交互に切り換え、新規に取得した3D点を連続して転送しなければならないため、時間が浪費する。最後に、ユーザは、CADデータを読んで理解し、物体上でフィーチャまたは点を取得する必要のある位置を正確に特定できなければならない。
【００１４】
3D物体の表面上の点の取得は、リバースエンジニアリングの文脈においても使用することができる。その場合、取得は、例えばNURBSサーフェスまたはSTLメッシュによってグローバル数値モデルを生成することができるだけの十分な密度で物体の表面上の幾何学的情報を取得する必要性によって手引きされる。取得した点があまりにも少ない場合、モデル内に穴が生じ、それにより、詳細が欠如している質の低いモデルとなる。点があまりにも多すぎる場合は、リバースエンジニアリング作業が失速する。というのも、リバースエンジニアリング作業の大半は、点の数に比例する時間を要するためである。そのようなモデルは、後にラピッドプロトタイピングまたは可視化に使用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】米国特許出願公開第2006/0274327号明細書
【特許文献２】米国特許第6616617号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、物体の3D数値表現の寸法取得の精度および速度を向上させる、新規な方法およびコンピュータプログラムに関する。本発明は、検査またはリバースエンジニアリングなど、後続の作業が実行可能かつ効率的になることを可能にするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、物体の上に誘導される寸法測定デバイスによる物体の寸法取得の効率を向上させる方法であって、
a)測定デバイスを物体の上に誘導して、その寸法を取得するステップと、
b)取得した領域の分解能の指示をもたらすステップと、
c)測定デバイスを、取得した領域の、所定の基準に基づいて不十分な分解能を指示する少なくとも一部分の上に再度誘導するステップと、
d)取得した領域の分解能の指示を更新するステップと、
e)所定の基準に基づいて十分な分解能が指示されるまで、ステップc)およびd)を繰り返すステップと
を含み、
それにより、物体の寸法を十分な分解能で効率的に取得する
方法を提供する。
【００１８】
代替として示すと、本発明は、物体の上に誘導される寸法測定デバイスによる物体の寸法取得の効率を向上させる方法であって、
- 測定デバイスを物体の領域の上に誘導して、その寸法を取得するステップと、
- 取得中に、取得した領域の分解能の連続指示をもたらすステップと、
- 取得中に、測定デバイスを、所定の基準に基づいて不十分な分解能を指示する領域の上に誘導するステップと
を含み、
それにより、物体の全ての領域の寸法を十分な分解能で効率的に取得する
方法を提供する。
【００１９】
したがって、この方法は、取得中にフィードバックを行う。フィードバック、すなわちステップd)における更新するステップは、連続して、つまり一定のまたは不規則な時間間隔で、例えば1Hz、10Hz、10kHzなどのある一定の周波数で、またはユーザの要求に基づいて(例えばボタンの押下によって)行うことができる。領域は通常の意味を有し、本明細書では、取得される物体の一部分を指す。例えば、領域は、1つまたは複数の点、曲線、または表面として定義することができる。領域は、必ずしも物体全体をカバーする必要はない。例えば、検査作業が1つの円形フィーチャの特定に限定されている場合、そのフィーチャの周りで定義されるただ1つの領域が必要になる。指示は、所定の基準に基づいて、分解能が十分であるか、それとも不十分であるかを示すことができる。分解能は、好ましくは、取得した領域に関係し、物体の取得していない(未スキャンの)領域には関係しないことに留意されたい。領域の十分な分解能とは、取得したデータが、後続の作業を実施することができるだけの、例えば丸穴を検出して、その穴の直径が公称直径に比べて規定の公差以内かどうかを検証することができるだけの、十分な情報をもたらすことを意味する。したがって、不十分な分解能とはその反対を意味する。例えば、ノイズがゼロである場合、丸穴の検査に十分な分解能を少なくとも3点と表現することができる。というのも、円を表すには3点が必要なためである。ノイズが25muであり、公差が50muである場合、十分な分解能とは少なくとも20点を意味しうる。というのも、20点を用いると、直径が公差以内かどうかという問いに正確に解答する可能性が95%を上回るためである。したがって、十分さ、または不十分さは基準によって決まり、基準は、取得される領域の形状によって、測定デバイス、(検査またはリバースエンジニアリングなどの)実施すべき後続のタスク、および他の要因によって変わってよい。基準は、取得中に動的に事前決定されても、取得前にユーザによって設定されてもよい。分解能の指示は、取得中に測定デバイスをそうした所定の基準に基づいて不十分な分解能を指示する領域の上に誘導せよという、ユーザまたは自動測定システムに対する合図になる。
【００２０】
本発明は、上述の方法を実施することのできる、コンピュータ読取可能媒体に記憶されたコンピュータプログラムも提供する。本発明は、以下に詳細に説明する、コンピュータ読取可能記憶媒体に記憶された「カバレージモジュール」(またはカバレージソフトウェアルーチン)および「フィードバックモジュール」(またはフィードバックソフトウェアルーチン)を有する、物体の上に誘導される寸法測定デバイスによる物体の寸法取得を向上させるコンピュータプログラムを提供する。このプログラムは、取得プロセス中にコンピュータなどの処理手段上で動作する。カバレージモジュールは、測定デバイスの取得したデータを一定の間隔で受領して、CADモデルのどの領域が取得したデータによって十分にカバーされているか、かつ/またはCADモデルのどの領域が不十分なカバレージを有するかを推定する。フィードバックモジュールは、カバレージモジュールに結合されて、ユーザまたは測定デバイスに、更なるデータ取得が必要な物体の領域、およびデータ取得が十分な物体の領域に関するフィードバックを行う。例えば、オペレータがレーザスキャナ付き手動CMMアームを使用する場合、フィードバックモジュールは、コンピュータ画面上に、データが欠如している領域が赤色に色付けされたCADモデルを提示することができる。あるいは、測定デバイスが自動式(例えば従来型のレーザスキャナ付きCMM、またはレーザスキャナ付きロボットCMMアーム)の場合、フィードバックモジュールは、不十分な分解能をもつ領域内でデータを取得するのに必要なCMM/レーザスキャナ位置のリストの形でフィードバックを行うことができる。
【００２１】
本発明を手動操作測定デバイスで用いると、典型的なワークフローでは、まずCADモデルが取得ソフトウェア内にロードされ、カバレージモジュールおよびフィードバックモジュールが開始されることになる。必要であれば、測定デバイス基準系内での物体と、CAD基準系との間の任意選択の位置合わせを実施してもよい。
【００２２】
取得前に、データが取得されていないことを意味するマーキング、例えば赤色の網掛けで指示されたCADモデルまたはCADモデルの一部を、コンピュータの画面上に提示することができる。ユーザは単に、物体上で任意の順序でデータを取得するように求められる。ユーザは、画家が物体をペイントしながら進むように進めたいと思うかもしれない。定期的にCADモデルが画面上に再レンダリングされ、CADモデル内では、十分な分解能に至るまで取得された領域が別の形で指示されており、例えば緑色に網掛けされている。ユーザは、取得中のいかなる時点でも、画面を見て赤色領域を特定し、物体の対応する位置上でデータをさらに取得することができる。プロセスの終わりに、CADモデル全体が緑色に色付けされ、したがって取得が終わってよい。
【００２３】
あるいは、取得前に、データが取得されていないことを意味するマーキング、例えば赤色の網掛けで指示されたCADモデルを、コンピュータの画面上に提示することができる。ユーザは、物体上で任意の順序でデータを取得するように求められる。ユーザは、画家が物体をペイントしながら進むように進めたいと思うかもしれない。定期的にCADモデルが画面上に再レンダリングされ、CADモデル内では、十分な分解能に至るまで取得された領域が別の形で指示されており、例えば緑色に網掛けされている。取得済みであるが不十分な分解能の領域を、別の形で、例えばアンバー色に網掛けして、その領域内のモデルの分解能が不十分であり、測定デバイスをその上に誘導すべきことを指示することができる。測定デバイスによる初回通過を引き続き必要としている領域は、赤色に網掛けすることができる。ユーザは、取得中のいかなる時点でも、画面を見て、測定デバイスによる物体の対応する位置の上での初回通過を引き続き必要としている赤色領域、物体の対応する位置の上での更なる通過を必要としているアンバー色領域、および測定デバイスによるどんな更なる通過も必要としていない緑色領域を特定することができる。プロセスの終わりに、CADモデル全体が緑色に色付けされ、したがって取得が終わってよい。
【００２４】
CADモデルおよび取得したデータに基づいて、システムのカバレージモジュールが、CADモデルの特定の領域または詳細が十分かつ/または不十分な分解能で取得されたかどうかを計算する。十分または不十分な分解能は、別のところで述べたように、物体の形状、測定デバイスのタイプ、および物体に対して実施すべき後続の作業によって決まる。典型的には、十分または不十分な分解能は、特定の領域上で取得される点の数によって決まる。例えば、1mm2ごとに1点という密度がユーザによって要求される場合があり、これは基準の一部になる。あるいは、より高い曲率を有する領域内により多くの点が必要になる場合、変化する点密度を選択することもできる。あるいは、フィーチャのエッジに沿ってより高い点密度が求められる場合もある。あるいは、点の数が、ユーザにより与えられる公差、またはCADファイル(CATIA)内にある公差、またはGD&T要件に応じて変わってもよい。あるいは、点の数は、プローブのタイプに応じて動的に適合されてもよい。正確なタッチプローブを使用すると、レーザプローブよりも速く、正確なカバレージが得られる。
【００２５】
本発明では、測定デバイスが、好ましくは、CMMアームおよびレーザスキャナ、または光学CMMと組み合わせたレーザスキャナのどちらか一方の手動測定デバイスである。この場合、フィードバックモジュールが、コンピュータ画面上に情報をレンダリングする。ユーザは、自動測定デバイスを選択することもできる。この後者の場合には、フィードバックモジュールが、自動測定デバイスを直接駆動して、自動測定デバイスに、不十分なカバレージを有する領域内でデータを取得させることができる。
【００２６】
本発明のいくつかの特定の実施形態を以下に記載する。
【００２７】
本発明の一実施形態は、前記指示が、物体のコンピュータ援用設計すなわちCADモデル上に提示される、上述の方法である。
【００２８】
本発明の別の実施形態は、物体のCADモデルおよび取得した領域に関する分解能の指示が、表示手段を用いて表示される、上述の方法である。
【００２９】
本発明の別の実施形態は、分解能の指示が、前記所定の基準に基づいて十分かつ/または不十分な分解能を有する取得した領域の指示を含む、上述の方法である。
【００３０】
本発明の別の実施形態は、十分な分解能をもつ取得した領域が、第1のマーキングを用いてCADモデル上に指示され、不十分な分解能をもつ取得した領域が、第1のマーキングとは異なる第2のマーキングを用いてCADモデル上にマークされる、上述の方法である。
【００３１】
本発明の別の実施形態は、分解能の指示が、同じ分解能を有する取得した領域の指示を含む、上述の方法である。
【００３２】
本発明の別の実施形態は、物体のCADモデルおよび取得した領域に関する分解能の指示が、表示手段を用いて表示され、同じ取得した分解能を有する領域が、共通のマーキングを用いてCADモデル上に指示され、不同に取得した分解能をもつ領域が、異なるマーキングでマークされる、上述の方法である。
【００３３】
本発明の別の実施形態は、以前に取得した領域に少なくとも一部重複する領域を測定デバイスが取得した後に、分解能の指示がさらに更新される、上述の方法である。
【００３４】
本発明の別の実施形態は、測定デバイスが手動操作測定デバイスである、上述の方法である。
【００３５】
本発明の別の実施形態は、測定デバイスが、光学スキャナと、座標測定機すなわちCMMアームまたは光学CMMのどちらか一方を備える、上述の方法である。
【００３６】
本発明の別の実施形態は、上述した方法を実施するように構成された、コンピュータ読取可能媒体に記憶されたコンピュータプログラムである。
【００３７】
本発明の別の実施形態は、物体の上に誘導される寸法測定デバイスによる物体の寸法取得を向上させる、コンピュータ読取可能媒体に記憶されたコンピュータプログラムであって、
a)物体の領域の上に誘導された測定デバイスから、物体の3次元データを受領し、
b)取得した領域の分解能の指示をもたらし、
c)取得した領域の、所定の基準に基づいて不十分な分解能を指示する少なくとも一部分について、測定デバイスから物体の追加の3次元データを受領し、
d)取得した領域の分解能の指示を更新し、
e)所定の基準に基づいて十分な分解能が指示されるまで、ステップc)およびd)を繰り返す
ように構成されたコンピュータプログラムである。
【００３８】
本発明の別の実施形態は、寸法取得中に測定デバイスから物体の3次元データを受領し、取得した領域の分解能の更新された指示をもたらすように構成されたカバレージモジュールをさらに有する、上述のコンピュータプログラムである。
【００３９】
本発明の別の実施形態は、物体の上に誘導される寸法測定デバイスによる物体の寸法取得を向上させる、コンピュータ読取可能媒体に記憶されたコンピュータプログラムであって、寸法取得中に測定デバイスから物体の3次元データを受領し、取得した領域の分解能の連続的に更新された指示をもたらすように構成されたカバレージモジュールを有する、コンピュータプログラムである。
【００４０】
本発明の別の実施形態は、取得した領域の分解能の前記指示をCADモデル上に提示し、またはデータとして自動測定デバイスに供給するように構成されたフィードバックモジュールをさらに有する、上述のコンピュータプログラムである。
【００４１】
本発明の別の実施形態は、取得した領域の分解能の指示が、所定の基準に基づいて十分かつ/または不十分な分解能を有する取得した領域の指示を含む、上述のコンピュータプログラムである。
【００４２】
本発明の別の実施形態は、取得した領域の分解能の前記指示をCADモデル上に提示するように構成されたフィードバックモジュールを有し、十分な分解能をもつ取得した領域が、第1のマーキングを用いてCADモデル上に指示され、不十分な分解能をもつ取得した領域が、第1のマーキングとは異なる第2のマーキングを用いてCADモデル上にマークされる、上述のコンピュータプログラムである。
【００４３】
本発明の別の実施形態は、取得分解能の指示が、同じ分解能を有する取得した領域の指示を含む、上述のコンピュータプログラムである。
【００４４】
本発明の別の実施形態は、同じ分解能を有する取得した領域が、共通のマーキングを用いてCADモデル上に指示され、異なる分解能をもつ取得した領域が、異なるマーキングでマークされる、上述のコンピュータプログラムである。
【００４５】
本発明の別の実施形態は、結果として得られるCADモデルを表示するための表示手段をさらに有する、上述のコンピュータプログラムである。
【００４６】
本発明の別の実施形態は、所定の基準に基づく十分な分解能に至るまでの物体の寸法取得が、物体の取得した領域全てについていつ完了するかを指示するためのサブルーチンをさらに有する、上述のコンピュータプログラムである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の方法の一実施形態の概略図である。
【図２】本発明の方法による、物体の取得中のCADモデルに対する更新の概略図である。
【図３】本発明の方法の一実施形態のフローチャート表示である。
【図４】本発明のカバレージモジュールの一実施形態のフローチャート表示である。
【図５】本発明のフィードバックモジュールの一実施形態のフローチャート表示である。
【図６】図5のレンダリングエンジンから画面または測定デバイスへのデータ転送のフローチャート表示である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
別段の定めがない限り、本明細書で使用するあらゆる技術用語および科学用語は、当業者に一般に理解されるものと同じ意味を有する。冠詞「a」および「an」は、本明細書では、その冠詞の文法上の対象のうち1つまたは2つ以上、すなわち少なくとも1つを指すために使用される。端点による数値範囲の列挙は、あらゆる整数と、該当する場合には、その範囲内に含まれる分数を含む(例えば1〜5は、例としていくつかのものに言及する際は、1、2、3、4を含んでよく、例として測定値に言及する際は、1.5、2、2,75、および3.80も含んでよい)。端点の列挙は、端点値自体も含む(例えば1.0〜5.0は1.0と5.0をどちらも含む)。
【００４９】
本発明は、物体の上に誘導される寸法測定デバイスによる物体の寸法取得の効率を向上させる方法であって、
a)測定デバイスを物体の領域の上に誘導して、その寸法を取得するステップと、
b)取得した領域の分解能の指示をもたらすステップと、
c)測定デバイスを、取得した領域の、所定の基準に基づいて不十分な分解能を指示する少なくとも一部分の上に再度誘導するステップと、
d)取得した領域の分解能の指示を更新するステップと、
e)所定の基準に基づいて十分な分解能が指示されるまで、ステップc)およびd)を繰り返すステップと
を含み、
それにより、物体の寸法を十分な分解能で効率的に取得する
方法を提供する。
【００５０】
ステップd)の更新するステップは、ステップc)で新規に取得したデータを考慮に入れる。ステップc)およびd)を繰り返すことによって、取得した領域の分解能が、所定の基準に基づいて十分となるまで、測定デバイスの各通過とともに上がる。d)は、ステップc)の直後に実施する必要はなく、すなわち取得済みであり、かつ不十分な分解能を指示する領域以外の領域、例えば未取得の領域の上に測定デバイスが誘導される、介在するステップを使用してよいことが理解されよう。
【００５１】
代替として示す実施形態では、本発明は、物体の上に誘導される寸法測定デバイスによる物体の寸法取得の効率を向上させる方法であって、
- 測定デバイスを物体の領域の上に誘導して、その領域の寸法を取得するステップと、
- 取得中に、取得した領域の分解能の連続指示をもたらすステップと、
- 取得中に、測定デバイスを、所定の基準に基づいて不十分な分解能を指示する領域の上に誘導するステップと
を含み、
それにより、物体の全ての領域の寸法を十分な分解能で効率的に取得する
方法を提供する。
【００５２】
したがって、この方法は、データの取得中にフィードバックを行い、そのフィードバックは、領域、より好ましくは、所定の基準に基づいて十分または不十分な分解能を有する領域の、取得分解能の時間連続指示である。その指示は、データ取得中に測定デバイスをそうした所定の基準に基づいて不十分な分解能を指示する領域の上に誘導せよという、ユーザまたは自動測定システムに対する指示になる。上記のステップは、物体の寸法を後続の検査に適した分解能で取得するのに有用である。そのように取得することにより、コストのかかる検査段階での不十分な分解能の発見が回避される。
【００５３】
本発明は、物体の上に誘導される寸法測定デバイスによる物体の寸法取得を向上させるコンピュータプログラムであって、寸法取得中に物体の少なくとも3次元データを受領し、寸法取得中に物体の取得分解能の連続指示をもたらし、それにより、その物体について十分な分解能を有する領域が指示されるように構成された「カバレージモジュール」を有するコンピュータプログラムにも関する。
【００５４】
コンピュータプログラムは、物体の領域に関する取得分解能の指示を受領し、前記指示をCADモデル上に提示するように構成された「フィードバックモジュール」をさらに有することができる。
【００５５】
別のところで述べたように、寸法取得の作業は当技術分野で既知であり、その作業では、物体の表面上の個々の点を捕捉することのできる1つまたは複数の寸法測定デバイスを使用する。寸法測定デバイスは一般に、測定プローブの位置を正確に報告するローカライザを備える。寸法測定デバイスは、当技術分野で公知であり、いずれも本発明の範囲内に含まれる。例には、(例えばFaro、Perceptron、Kreon、およびMetrisによって製造されている)レーザスキャナを装備した(例えばFaro Tech Inc、Hexagon Metrology、またはMetrisによって製造されている)CMMアームがある。他の例には、(例えばDEA、Mitutoyo、Wenzel、Zeiss、LKによって製造されている)従来型のCMM、または測定プローブを装備した光学CMMがある。
【００５６】
別のところで詳述したレーザスキャナでは、レーザ平面が物体上に投影され、その投影が、電荷結合デバイス(CCD)カメラを使用したイメージャ装置によって捕捉される。イメージャ装置内では、投影が一連の2D点にデジタル化され、ローカライザによって報告された位置が与えられると、それらの2D点が、取得されている物体の表面上にある点を表す3D点に変換される。
【００５７】
本発明によれば、物体の表面上の点を取得するために、1度に1つの点を取得する触覚プローブ(ハードプローブまたは屈曲プローブ)を備えているような、また表面の上でプローブが移動している間に点を連続して取得する走査プローブを備えているような、他の寸法測定デバイスを使用することができる。(例えばGOMシステムによって製造されている)物体の表面上の点を取得することのできる、構造光を投影するデバイスも存在する。
【００５８】
本発明による他の寸法測定デバイスには、コンピュータ断層撮影(CT)スキャナまたはロボットCMMアームがある。CTスキャナは、物体の内面上の点を測定することもできる。
【００５９】
本発明によれば、寸法データを物体表面上の点以外の形で取得するために、他の寸法測定デバイスを使用することができる。米国特許第6616617号は、レーザスキャナが帯状連結三角形を直接もたらす方法を開示している。コンピュータ断層撮影スキャナは、ボクセル(体積測定)情報をもたらすことができる。
【００６０】
これらの寸法測定デバイスには、取得中に追加情報を得るために、追加のプローブを装備することができる。そのようなプローブの例には、カラーカメラ、壁の厚さの情報を取得するための温度センサまたは超音波センサがある。したがって、取得は、表面寸法測定に限定されるのではなく、色、テクスチャ、および深さ(厚さ)情報の捕捉も含んでよいことが理解されよう。
【００６１】
これらの測定デバイスは手動操作デバイスでよく、すなわち、ユーザが物体の上でデバイスを操作してデータを取得するように求められ、あるいは自動式でよく、すなわち、物体と測定デバイスが互いに自動的に移動する。後者の場合、測定デバイスは、人間の介入なしで、経路の定義に基づいて物体の上を自動的に通過してデータを取得することができる。あるいは、物体自体が例えば回転テーブルの使用によって移動している間に、測定デバイスが静止していてもよい。
【００６２】
結果として得られる取得物は、点群(1組の3D点)、またはSTLメッシュ、サーフェス、もしくは単なる未処理の距離画像など、他の任意の代替表現を含む。CTスキャナの場合、取得の結果は、各ボクセルが物体の密度に関する情報を含む3Dボクセルデータとなりうる。追加のプローブが使用される場合、結果として得られる取得物は、追加のプローブによってもたらされる追加情報も含む。
【００６３】
以下の説明では、本発明の特定の実施形態を例示する図面を参照する。図面は、決して限定するものではない。当業者なら、当業者の慣行に従って方法およびプログラムを適合させ、構成要素およびフィーチャを置き換えることができる。
【００６４】
本発明を、図1を参照してより詳細に説明する。取得する必要のある物体10が、基部7に固定されたCMMアーム8に取り付けられたレーザ走査プローブ9を備える測定デバイスの測定容積内に配置されている。コンピュータ読取可能媒体に記憶されたコンピュータプログラムが、処理デバイス1に、CMMアーム8およびレーザスキャナ9と典型的には通信ケーブル6を介して通信するように命令する。プログラムは、CMMアーム8およびレーザスキャナ9からデータを受領して、そのデータを、物体の外面(または内面)上の点を表す3Dデータに変換することができる。CADモデル11がプログラム内にロードされて、コンピュータ表示装置2上に表示される。オペレータ14がプローブ9を物体10の上で手動で通過させると、レーザ線12が物体10上に投影されて、その対応する数値表現13がCADモデル11上に表示され、その線が検出されて、物体の測定値を確立する。取得前に、CADモデル11は全体的に、プローブを通過させることにより取得すべき領域を指示する、濃い網掛けを有する(図示せず)。取得が進むと、濃い網掛け21、21’が、取得の分解能がその薄い領域20内で所定の基準を満たした、または超えたことを指示するより薄い網掛け領域20に置き換えられる。オペレータ14は、取得中にコンピュータ表示装置2を観測することにより、プローブ9で通過または再度通過する必要のある領域21、21’を認識する。
【００６５】
測定中にモデルがどのように更新されるかの一例が、図2A〜Fに示されている。CADモデル11がプログラム内にロードされて、コンピュータ表示装置2上に表示される。図2Aでは、CADモデルが全体的に、まだプローブを通過させることにより取得されていない領域を指示する濃い網掛け21を有する。オペレータがプローブを物体の上で矢印の方向に手動で通過させる。図2BでCADモデルが更新し、濃い網掛け21が、取得の分解能が所定の基準を満たした、または超えたことを指示する十字網掛け領域20に置き換えられる。濃い網掛け21は、その領域が取得済みであるが、取得の分解能が所定の基準を満たしていないことを指示する斜線網掛け領域23にも置き換えられる。オペレータがプローブを、不十分な分解能を指示する取得した領域23の上で、図2Cの矢印の方向に手動で再度誘導した。図2DでCADモデルが更新し、斜線網掛けが、取得の分解能が所定の基準を今回は満たした、または超えたことを指示する十字網掛け領域20に置き換えられる。オペレータがプローブを、図2Eのこれまでに取得されていない領域21の上で、矢印の方向に手動で再度誘導した。図2FでCADモデルが更新し、濃い網掛けが、取得の分解能が所定の基準を満たした、または超えたことを指示する十字網掛け領域20に置き換えられる。したがって、オペレータは、取得中に更新している表示装置2を観測することにより、プローブ9で通過または再度通過する必要のある領域を認識する。
【００６６】
別のところで述べたように、取得前に、ユーザはまず、物体を表現するCADモデル11をコンピュータプログラム内にロードすることができる。そのようなCADモデルは、任意の類のものとすることができ、例えば、STLモデル、B-rep表現を用いたNURBSサーフェス、解析サーフェス、または表面、曲線、もしくは点を数値で表現するのに適した他の任意の形式として定義することができる。例えば、CADモデルは、Dassault Systemesによって開発されたCATIAシステムを用いて生成されていてよい。CADモデルは、以前に取得した物体の点群またはメッシュでもよい。物体の表面の単なる表現に加えて、CADモデルは、物体をどのように検査する必要があるかに関する追加情報を含んでもよい。そのような追加情報の一例が、ASME Y14.5M-1994内で規定されているGD&T規格によって定義されるようなフィーチャの公差である。
【００６７】
図3を参照すると、ユーザは、CADモデルをロード110した後、任意選択で、取得前に物理的物体をCADモデルと位置合わせ130することができる。これを行うために、ユーザはまず、例えば、最初に物体の3つの円を測定、検出することによって物体のフィーチャを測定120し、CADモデル上の対応する円を選択し、標準的な位置合わせ技法を用いて、実際の円を対応する公称円上に位置付ける変換行列を計算121する。これは、本発明のコンピュータプログラムによって実施することができる。初期位置合わせを生じさせるための多くの他の技法も存在する。例えば、平面など、他のタイプのフィーチャを使用することができる。変換行列はファイルから読み出すことができる(2つ以上の類似の物体をスキャンする必要がある場合、位置合わせは1度だけ実施されて、ディスクに保存される)。変換式は、キーボードを通じて手動で入力することができる。ユーザは、実際のモデルの一部分をCADモデルと、画面上でユーザのマウスを用いて手動で位置合わせすると同時に、コンピュータソフトウェアが、結果として生じる変換式をインクリメンタルに更新することを選択することもできる。
【００６８】
任意選択の位置合わせ130が完了すると、本発明のカバレージモジュール140が、十分かつ/または不十分な分解能で取得された物体の領域の指示を含む、連続的な更新されたカバレージ情報200をもたらす。十分または不十分な分解能をもつ領域は、先に述べたように、所定の基準に基づいて計算することができる。カバレージ情報200は、CADモデルを提示するために、フィードバックモジュール150に送出される。十分な分解能をもつ領域は、第1のマーキング(例えば緑色)を用いてCADモデル上に指示することができ、不十分な分解能をもつ領域は、第1のマーキングとは異なる第2のマーキング(例えば赤色)を用いてCADモデル上にマークすることができる。
【００６９】
図4を参照すると、カバレージモジュール140が、CADモデルの記述、任意選択のユーザパラメータ、および測定デバイスに関する任意選択の情報を受領する。典型的なプロセスの間、カバレージモジュール140は、測定デバイスから一定の間隔でデータ情報(例えば点、色など)を受領142する。これに応答して、モジュール140はカバレージ情報を更新143し、そのカバレージ情報200は、フィードバックモジュール150に送出144して、そこでCADモデル上に提示することができる。カバレージモジュール140は、更新されたカバレージ情報を用いて、取得した点の現在の組がCADモデルの一部分を正確に表すのに十分であるかを特定145することができる。さらに、カバレージモジュール140は、所定の基準に基づいて、CADモデルの十分に取得された部分、またはCADモデルの十分に取得されていない部分に関する情報をもたらすことができる。カバレージが十分である(Y)場合、終了信号201を送出146することができ、そうでなければ(N)、モジュール140は、測定デバイスから受領した情報を引き続き処理する。
【００７０】
CADモデルがSTLメッシュである場合、カバレージ情報200は、メッシュの各三角形について0〜100%の範囲の値を含むことができ、その値は、取得した三角形の分解能に対応する。0という値は、物体上の対応する三角形がまだサンプリングされていないことを意味し、100%という値は、対応する三角形が十分にサンプリングされたことを意味しうる。カバレージモジュール140は、フィードバックモジュール150から要求があり次第、またはそれ自体の周波数で、フィードバックモジュール150にカバレージ情報200を送出144することができる。この情報は、CADモデル全体、または以前に送出された情報以降に修正された情報に関わるものでよい。
【００７１】
フィードバックモジュール150は、カバレージモジュールと同時に、同じコンピュータまたは別のコンピュータ上で動作する。フィードバックモジュール150は、図1に示すコンピュータ画面に連結することができ、画面上に情報をレンダリングすることができる。図5および6を参照すると、フィードバックモジュール150は、カバレージモジュール140からカバレージ情報200を受領した後に、CADモデルの幾何学的情報を用いてレンダリング情報を計算151し、それがレンダリングエンジン152に送出される。レンダリングエンジン152はその情報を、例えば、図6に示すように画面302に転送300して表示するためにレンダリング済みのCADモデルに変換し、それに加えてまたはその代わりに、CMMアーム304のコントローラなどの自動測定デバイスが使用されている場合にはそれに、もしくは利用されている他の任意の自動測定デバイス306に転送300するために、機械位置情報に変換する。
【００７２】
レンダリングエンジン152が、画面302上に表示する目的でCADモデルをレンダリングする場合、そのモデルを、カバレージ情報を指示するように、さまざまな指示、好ましくは色付きの網掛け、メッシュ、または点付きでレンダリングすることができる。例えば、十分にカバーされている領域は、緑色に色付けすることができ、CADモデルの十分にカバーされていない残りの部分は、赤色のままにしておくことができる。例えば緑色は十分にカバーされた部分に、赤色はまだカバーされていない部分に、アンバー色はカバーされたが十分な分解能ではない部分にといったように、3色以上の色を使用して部分的なカバレージを表すことは、本発明の範囲内に含まれる。あるいは、連続カラーマップを使用してカバレージ分解能を指示することもできる。別の代替手段では、フィードバックモジュール150が、カバーされていない部分だけをレンダリングすることができる。十分にカバーされた部分はレンダリングされず、またはいくらかの透明度を伴ってレンダリングすることができる。フィードバックモジュールは、色を用いる代わりに、さまざまなテクスチャを使用してカバリング情報を表現することもできる。フィードバックモジュール150は、カバレージが十分である(Y)という信号201を受領した場合、表示装置2によって完了を指示することができ、そうでなければ(N)、モジュール150は、CADモデルを引き続きレンダリングする。
【００７３】
自動測定デバイスを用いる場合、フィードバックモジュール150は、必ずしも表示デバイスに接続されるとは限らず、それに加えてまたはその代わりに、測定デバイスに連結された他のいくつかのデバイスに接続することもできる。例えば、フィードバックモジュール150は、測定デバイス304、306のコントローラに連結することができる。その場合、レンダリング計算151が、さらに取得する必要のある領域を計算し、レンダリングエンジン152がその領域を測定デバイス位置に変換し、それがコントローラに送出300される。次いで、コントローラが、測定デバイス304、306を所与の位置に移動させて、追加の取得に着手する。一代替ワークフローでは、レンダリングエンジン152が単に、レンダリング情報またはレンダリング情報の一部を、測定デバイスの制御を担う外部デバイスまたはプログラムに供給する。「経路プログラミング」プログラムとも呼ばれるこうしたプログラムは、当技術分野で既知である。
【００７４】
フィードバックモジュール150は、カバレージモジュール140と同期動作して、カバレージデータを受領するたびにレンダリング情報をレンダリングすることができる。あるいは、フィードバックモジュール150は、非同期とすることもできる。例えば、レンダリング152を所与の周波数で実施することができる。また、レンダリング情報151が以前のレンダリング情報と十分に異なるときにだけ、レンダリングエンジン152を利用することもできる。別の代替手段では、オペレータが例えば(キーボード上または測定デバイス上にある)ボタンを押下することによりレンダリングエンジン152に命令を与えたときに、レンダリングエンジン152を利用することができる。
【００７５】
取得中、ユーザは一般に、あたかも物体をペイントしているかのように物体の表面上をペイントする。情報が取得される速度および情報の順序は、本発明とは関係がないが、それでも必要な分解能が達成される。次いで、取得されたデータがカバレージモジュール140に転送され、カバレージモジュール140は、カバレージ情報を更新して、更新情報をフィードバックモジュール150に送出する。ユーザは、この取得プロセスの間定期的に物体のどの部分がまだ取得されずに残っているかを画面上でチェックすることにしてよい。このプロセスでは、ユーザは、フィードバックモジュールと相互作用することにより手引きされてよい。フィードバックモジュールは、追加データを取得する必要のある部分に対してズームし、または回転させることができる。
【００７６】
カバリング情報は、カバレージモジュール140によってさまざまな方法を用いて計算することができる。例えば、CADモデルが三角形を有するSTLモデルである場合、各三角形に整数値Pが割り当てられる。取得した各点がまず、最も近い三角形上に投影され、その三角形の値Pがインクリメントされる。Pがある一定のしきい値(例えば10点)を超えたときに三角形が十分にカバーされると決めることができる。このしきい値は、ハードコードしても、ユーザによって与えられても、カバレージモジュールによって計算されてもよい。しきい値は、全ての三角形について固定でも、三角形の面積によって、または三角形の局所曲率によって変わってもよい。値Pは、1以外の値でインクリメントしてもよい。1本の線上にある3点が同じ三角形上に投影される場合、3つ目の点は追加の幾何学的情報をもたらさないため、カバレージモジュールは、その点を受領したときに全くインクリメントしないことにすることができる。ユーザが1ミリメートルごとに1点という点密度を要求した場合、カバリング情報は、CADモデルの表面上に分配された1mm2の正方形からなる規則的な格子の形を有することができ、その場合、各正方形には、0(未カバー)または1(カバー済み)の値が割り当てられる。
【００７７】
追加のプローブが存在する場合、カバレージモジュール140は、追加のプローブによって取得されたデータを使用して、カバリング情報を更新することができる。例えば、三角形内の色情報が入手できることを利用して、その三角形の整数値Pを修正することができる。
【００７８】
CADモデル内にGD&T情報などの追加情報も存在する場合、それを使用してカバリング情報を計算することができる。例えば、検査中に平坦な表面の位置を計算しなければならない場合、平面を検出するにはその表面上で少数の点が必要である。表面の平坦度も必要な場合には、より多くの点を取得しなければならない。点の数は、GD&T情報内に与えられた公差によって変わってもよい。カバレージモジュール140は、点の数をアプリオリに計算し、または取得中に平面上のすでに取得した点に基づいて点の数を適合させることができる。
【００７９】
他のタイプの方法を使用してカバリング情報を定義することができ、すなわち2つ以上のしきい値を使用することができ、また三角形に対して連続関数を定義し、したがって三角形の各点内に異なるカバリング情報を定義することができる。また、点は、三角形上に投影されるとき、隣接する三角形のカバレージ情報を修正することもできる。あるいは、2つ以上の三角形上に点を投影することもできる。
【００８０】
他のタイプのCADモデルが使用されるとき、カバリング情報を、個々の点、エッジ、フィーチャ、または表面に割り当てることができる。カバリング情報は、2D表面、1Dエッジ、または個々の点に対して定義することができる。
【００８１】
カバレージモジュール140は、測定デバイスからデータを受領すると、カバレージが十分かどうか145を計算する。例えば、三角形の99%がしきい値を超える指標Pを有しているとき、その時点で、カバレージモジュールは、カバレージが十分であるという特別な信号201を送出することができる。フィードバックモジュールは、例えば、画面上にダイアログボックスを表示して、プロセスの完了を知らせることによって、この信号に反応することができる。必ずしもフィードバックモジュールを用いずに、他のタイプのフィードバックを使用することもできる。例えば、可聴信号を与えても、天井に取り付けられた緑色のランプが点滅してもよい。取得の完了は、他のタイプの動作をトリガできることに留意されたい。例えば、物体の数値表現をディスクに保存し、または検査の担当者に電子メール送信することができる。あるいは、検査ソフトウェアがコンピュータ上にインストールされており、自動で実行することができる場合、そのソフトウェアを開始することもできる。さらに、物体がコンベヤベルト上に配置される場合、測定デバイスの測定容積内に次の物体を配置するようにコンベヤベルトに要求することができる。
【００８２】
上記の好ましい実施形態は、CMMアームおよびレーザスキャナから成り立つ測定デバイスを用いて説明してきた。光学ローカライザおよびレーザスキャナを使用するもの(Metris K-Scan、Creaform HandyScan)など、他のタイプの寸法測定デバイスを使用することができる。上記で論じたように、ユーザは、他のタイプのスキャナ、タッチプローブ、または走査プローブを使用することもできる。ユーザは、従来型のCMMのジョイスティックを使用して、取得したい物体の周りでスキャナを移動させることができる。ユーザは、ロボットCMMアーム、または手動で使用することのできる他の任意の測定機を使用することもできる。
【００８３】
カバレージモジュールを使用して、定性的(例えば2トーンの)または定量的(例えばカラースケール)彩色をCADモデルに施すことができる。あるいは、カバレージモジュールは、まだスキャンされずに残っているCADの部分の幾何学的定義をすることもできる。したがって、本発明は、自動測定デバイスで使用することもできる。手動取得中、フィードバックモジュールがコンピュータ画面に連結される。フィードバックモジュールは、先に述べたように、自動測定デバイスのコントローラにも連結することができる。フィードバックモジュールは、カバレージモジュールによってもたらされるカバレージ情報に基づいて、カバレージが十分でない領域内のデータをもたらすことのできる自動測定デバイスの経路を計算することができる。次いで、経路情報がコントローラに送出される。この自動モードでは、測定デバイスの定義だけが必要である。複雑な物体の自動取得用に複雑な経路を生成するソフトウェアプログラムはすでに存在する。しかし、そうしたソフトウェアプログラムは、経路をアプリオリで生成する。取得が開始した後に経路を更新するためのフィードバックはない。そうしたソフトウェアプログラムは、フォールトトレラントではなく、したがって、例えば物体が正確に位置合わせされていない場合にフェイルする可能性がある。本発明では、フィードバックループがあるため、フィードバックモジュールによって経路をインクリメンタルに定義することができる。
【００８４】
表示手段は、図1および6に示すように、コンピュータに接続された画面2、302(例えばLCD、OLED、CRT、プラズマ)とすることができる。表示手段の位置は、好ましくは、オペレータの視線内に、例えば、取得される物体に隣接してあり、または、オペレータがスキャンと同時に見ることができるように、スキャナユニットの後方にある。他の表示手段を使用してもよい。例えば、他の表示手段は、画像をスキャンされている物体上に直接投影するように構成された画像プロジェクタとすることができ、その画像プロジェクタは、固定位置、例えば現場の天井にあっても、可動プローブの突出端内にあってもよい。そのようなプロジェクタは、Virtekによって製造されているようなカラーDSPプロジェクタまたはレーザプロジェクタとすることができる。画像投影は、(例えばiGPSシステムを用いて)物体をプロジェクタとどのように位置合わせするか、また物体が平坦ではないときに画像をどのように補正するかを含めて公知である。画像は、色情報(例えば赤色および緑色)を含んでよいが、テキストも含んでよい。画像プロジェクタを使用する場合、ユーザはもはや取得中に画面を見る必要はない。ユーザは単に、何らかの色(例えば赤色)が物体上に投影されている限り、物体を「ペイント」すればよい。
【００８５】
プロセスをさらに自動化するために、物体にRFIDラベルを装備し、コンピュータまたは測定デバイスがそのRFIDを読み出し、それに応答して対応するCADモデルをロードできるようにすることが可能である。
【００８６】
CADモデルを物体と位置合わせする予備ステップは必須ではない。位置合わせは、点が取得されているときに動的に計算することができる。取得の初期部分の間、点の数は、良好な位置合わせ変換式を十分な確実性でもたらすにはあまりにも少なすぎる。したがって、カバレージモジュールは、どんなカバリング情報ももたらさない。ますます多くの点が取得されると、向上した位置合わせ変換式が、例えば公知の反復最接近点アルゴリズム(ICP)を用いて計算される。位置合わせが十分になった後、カバレージモジュールはカバリング情報をもたらし始めることができる。他の既存の位置合わせ方法に反して、この自動位置合わせはそれほど正確である必要はないことに留意されたい。実際、検査作業中に、位置合わせの精度が検査の結果に直接影響を及ぼす。我々のケースでは、位置合わせは、取得した点とCADモデルの間の大まかな一致を得るために使用されるにすぎない。数ミリメートルのずれがあっても許容可能である。
【００８７】
カバレージモジュール140は、測定デバイスから追加情報を受け入れることができる。そのような情報は、点の精度の推定値とすることができる。カバレージモジュール140は、この情報に基づいてカバリング情報を更新することができる。例えば、取得した点が1muの精度を有するとラベリングされている場合、カバレージモジュールは、円形フィーチャを検出するのに4点が十分であると計算することができる。一方、点が25muの精度を有する場合、カバレージモジュールは、20点以上を要求し、それに応じてカバレージ情報を更新することができる。
【００８８】
リバースエンジニアリング作業の場合、CADモデルは利用できないことに留意されたい。それでもなお、本方法を引き続き使用することができる。実際、取得中に、(米国特許第6616617号に開示されているように)得られたデータをリアルタイムでメッシュ化することができ、次いでそのメッシュを使用して、CADモデルの近似値をもたらすことができる。ユーザが所与の点密度を要求した場合、三角形を、そのサイズに応じて直接色付けすることができる。曲率依存の密度が好ましい場合には、カバレージモジュールはまず、ストライプの連続に応じて曲率の近似値を計算することができる。
【００８９】
例えば、フィルム産業の場合のリバースエンジニアリング作業では、色が重要となりうる。したがって、カバレージモジュールは、カラーカメラから得られたデータを測定プローブから得られたデータと同時に用いて、物体の色サンプリングが十分なこともチェックすることができる。あるいは、パイプラインの腐食解析には、十分な間隔を置いて壁の厚さの情報が必要である。したがって、カバレージモジュールは、カバレージ情報を計算する際に、厚さ情報を考慮に入れることができる。
【００９０】
上記の説明は、測定デバイスの取得データが点であることを前提とすることにより行ってきた。言うまでもなく、上記の方法は、ポリゴン、距離画像、CTスキャンからのボクセルなど、他のタイプのデータに拡張することができる。カバレージモジュールは、データが、さまざまな検査作業またはリバースエンジニアリング作業を十分な精度で実施するのに十分かどうかを計算する。実際の検査またはリバースエンジニアリングを実施する必要はない。例えば、カバレージモジュールは、CTデータを用いて、ボクセルサイズおよびボクセル上での密度分布を検証する。この情報に基づいて、カバレージモジュールは、後続の表面再構成が、フィーチャの検出を可能にするのに十分なほど正確となることを推定することができる。検査作業中にフィーチャだけが必要な場合、カバレージモジュールは、カバリングが十分であることを知らせる。
【００９１】
カバレージモジュール140は、測定デバイスの基部内にあるマイクロプロセッシングユニットに組み込むことができる。測定デバイスおよびフィードバックモジュールへの通信は、無線とすることができる。点の3D位置の計算値は、コンピュータ1上ではなく基部7内にあってよい。
【００９２】
取得前に、CADモデルの領域は、例えば検査プロセス用にその領域内でデータが必要ない場合、またはデータがすでに(おそらくは別の測定デバイスで)前もって取得されている場合、分解能が十分であることを予め示していてよい。
【００９３】
上記の方法は、(プロフィルメータなどの)2D測定デバイスで、また2D CADモデルまたは3Dモデルの2D部分でも適用することができる。
【００９４】
カバレージモジュール140は、どの点についてもカバリング情報を更新する。カバリング情報が変化しない、またはわずかにしか更新されない場合、それは、その部分が情報を追加しないことを意味する。これは、その点がすでに取得した点と全く同じものである場合、またはその点がすでに十分に取得された領域である場合に発生することがある。これが発生した場合、その点を点群内に維持する必要はなく、直ちに廃棄することができる。したがって、オペレータが物体の同じ領域の上を数回通過している場合であっても、点群の合計サイズを制御することができる。
【符号の説明】
【００９５】
1  処理デバイス、コンピュータ
2  コンピュータ表示装置、画面
6  通信ケーブル
7  基部
8  CMMアーム
9  レーザ走査プローブ、レーザスキャナ
10  物体
11  CADモデル
12  レーザ線
13  数値表現
14  オペレータ
20  より薄い網掛け領域、十字網掛け領域
21  濃い網掛け、領域
21’  濃い網掛け、領域
23  斜線網掛け領域
110  CADモデルをロード
120  フィーチャを測定
121  変換行列を計算
130  位置合わせ
140  カバレージモジュール
142  データ情報を受領
143  カバレージ情報を更新
144  カバレージ情報を送出
145  特定、カバレージが十分かどうか
146  終了信号を送出
150  フィードバックモジュール
151  レンダリング情報を計算、レンダリング計算、レンダリング情報
152  レンダリングエンジン、レンダリング
200  カバレージ情報
201  終了信号
300  転送、送出
302  画面
304  CMMアーム、測定デバイス
306  自動測定デバイス
【図１】
0005409771.tif 000002
【図２Ａ】
0005409771.tif 000003
【図２Ｂ】
0005409771.tif 000004
【図２Ｃ】
0005409771.tif 000005
【図２Ｄ】
0005409771.tif 000006
【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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